南瓜蜂因农业集约化而蓬勃发展

虽然世界范围内许多物种的传粉者数量急剧下降，但一种蜜蜂正在以其快速的种群扩张扩大版图。这种昆虫成功的关键是什么?它对南瓜、西葫芦和其他南瓜的热情，以及过去 1000 年来北美这些作物种植的大量增加。

由宾夕法尼亚州立大学领导的一项新研究于 4 月 3 日发表在国家科学院院刊上，发现南瓜蜂 (Eucera pruinosa) 已经进化以应对集约化农业——即葫芦属的南瓜。该研究首次证明了农业作为作用于野生昆虫传粉者的进化力量的作用，并可能对粮食安全产生影响。

“当我们想到昆虫受益于广泛的农业并适应广泛的农业时，我们往往会想到某些害虫，例如某些种类的飞蛾、苍蝇和甲虫，”玛格丽塔·洛佩斯-乌里韦 (Margarita López-Uribe) 说，她是 Lorenzo L. Langstroth 早期职业教授和昆虫学副教授. “但人们对农业集约化对有益传粉媒介进化的影响知之甚少。我们发现农业促进了这种南瓜蜂种群规模的增加，其他昆虫传粉者也可能是这种情况。”

López-Uribe 指出，这项研究首次确定了昆虫传粉者响应人类农业实践的适应性过程。她说，这项研究表明，北美的人类农业对一种昆虫的进化史产生了深远的影响，这种昆虫是南瓜作物的重要传粉媒介。

“授粉是一个非常重要的过程，它会影响我们吃的很多食物。了解人类如何通过农业、城市化和其他方式影响这一过程和传粉媒介，是确保我们维持粮食安全的关键，”国家科学基金会项目主任山姆·谢纳说，该基金会部分资助了这项工作. “这项研究强调了驯化植物如何对为这些植物授粉的生物体产生重要的间接影响。”

从历史上看，南瓜蜂 (Eucera pruinosa) 的主要花粉来源是野生水葫芦 (Curcurbita foetidissima)，这是一种棒球大小的南瓜，生长在墨西哥和西南部的沙漠中。作为包括玉米和豆类的“三姐妹”之一，南瓜是美洲原住民的重要作物，大约在 5000 年前，东部林地的原住民开始驯化 C. foetidissima 的近亲，称为C.pepo。由此产生的作物——包括南瓜、南瓜和葫芦——的广泛种植始于大约 3000 年前，并在大约 1000 年前随着玉米引入北美农业系统而得到加强。

“通过在北美各地种植南瓜，人类为南瓜蜂创造了栖息地，并使其数量激增，”López-Uribe 说。“今天，南瓜蜂遍布和加拿大东南部——远远超出了其原始食物来源的范围。”

为了研究 E. pruinosa 蜜蜂的进化以响应 Curcurbita 农业的集约化，该团队对蜜蜂的基因组进行了测序，检查了其遗传结构 - 或者蜜蜂不同种群内部和之间遗传多样性的数量和分布 - 并寻找适应的签名。López-Uribe 解释说，遗传多样性的减少可能表明“选择性清除”——或者新的有益突变频率增加并变得固定的过程。

接下来，该团队开发了一种新算法来估计蜜蜂在整个种群中的迁徙和有效种群规模——或繁殖种群规模。

研究人员发现，蜜蜂从沙漠中的野生寄主植物到温带农业栖息地的转变与选择性清除有关，导致基因组某些部分的遗传多样性大幅减少。

“近 20% 的蜜蜂基因组似乎与这些扫描有关，”López-Uribe 说。

与这些选择性扫描特别相关的是与化学感应相关的基因变化——或者将环境中的化学信号转化为生物体可以解释的神经信号。就南瓜蜂而言，化学感应是指其解读花朵产生的气味化合物的能力。

López-Uribe 说：“驯化的葫芦属植物产生的花卉混合物比野生葫芦属植物的花卉混合物更简单。” “很可能 E. pruinosa 适应了农业栖息地的新感官环境，这使其能够扩大其范围并显着增加其种群规模。”

该论文的其他作者包括俄勒冈大学博士后学者 Nathaniel Pope;Avehi Singh，宾夕法尼亚州立大学生态学研究生;Karen Kapheim，犹他州立大学生物学副教授;农业部蜜蜂研究实验室的计算生物学家 Anna Childers 和研究昆虫学家 Jay Evans。

这项研究得到了国家科学基金会、农业部国家食品和农业研究所、农业部农业研究服务处和 Dovetail Genomics 的支持。